Струмове навантаження підземних кабелів — тепловий опір ґрунту та групування, незалежно від глибини прокладання

Підземні кабелі — глибина прокладання та механічний захист розглядає мінімальну глибину траншеї 0,5 м для кабелю, прокладеного безпосередньо в ґрунті, як захист від механічного пошкодження. Ця стаття розглядає зовсім інше питання про той самий підземний кабель: скільки струму він може нести? Відповідь на це питання залежить від властивостей ґрунту, які не мають нічого спільного з вимогою щодо глибини прокладання.

Чому ґрунт вимагає іншого розрахунку, ніж повітря

Референтні методи — визначення способу монтажу показує, як фізичний спосіб монтажу перекладається на референтний метод (від A до F), який визначає, яка таблиця струмового навантаження застосовується. Для кабелів, прокладених безпосередньо в ґрунті (метод D1), та кабелів у підземній трубі (метод D2), застосовується інша модель тепловідведення, ніж для кабелів у повітрі: ґрунт навколо кабелю повинен відводити виділене тепло шляхом теплопровідності через сам ґрунт, а не шляхом конвекції в повітрі. Наскільки добре ґрунт відводить це тепло, залежить від теплового опору ґрунту — а ця властивість суттєво відрізняється залежно від типу ґрунту та ступеня його вологості.

Референтні значення: опір ґрунту та температура ґрунту

Таблиці струмового навантаження для підземних кабелів (метод D1/D2) складені для двох референтних значень:

• тепловий опір ґрунту 2,5 К·м/Вт (таблиця B.52.16 додатка B IEC 60364-5-52 дає поправкові коефіцієнти для іншого опору ґрунту — наприклад, сухий піщаний ґрунт має вищий опір, ніж вологий глинистий ґрунт, що означає нижчий допустимий струм за того самого кабелю);
• референтна температура ґрунту 20°C (таблиця B.52.15 дає поправкові коефіцієнти для іншої температури ґрунту) — це інша референтна величина, ніж температура навколишнього повітря 30°C, що використовується для надземних способів монтажу.

Обидва поправкові коефіцієнти застосовуються лише до способів монтажу D1 та D2 — для кабелів у повітрі (способи A, B, C, E, F) замість цього застосовуються таблиці температури навколишнього повітря (B.52.14).

Групування кількох підземних кіл

Так само, як і для кабелів у повітрі (див. посібник про груповий коефіцієнт Cg), для кількох підземних кіл, прокладених разом, застосовується окремий груповий коефіцієнт, оскільки кожне коло нагріває ґрунт навколо інших кіл:

• таблиця B.52.18 дає груповий коефіцієнт для кіл, прокладених безпосередньо в ґрунті (метод D2), поруч одне з одним;
• таблиця B.52.19 дає груповий коефіцієнт для кіл в окремих підземних трубах (метод D1), поруч одне з одним.

В обох таблицях груповий коефіцієнт зменшується зі збільшенням числа паралельних кіл та зменшенням відстані між ними — практичним орієнтиром під час проєктування траси є збереження відстані не менше одного діаметра кабелю між паралельними підземними колами, хоча точний понижувальний коефіцієнт за таблицею залежить від фактичного числа кіл та обраної відстані між ними.

Чому це не пов'язано з вимогою щодо глибини прокладання

Глибина траншеї 0,5 м із §522.8 — це вимога механічного захисту: вона гарантує, що кабель випадково не буде пошкоджений лопатою чи екскаватором. Ця вимога нічого не говорить про те, скільки струму може нести кабель. І навпаки, розрахунок струмового навантаження з урахуванням опору ґрунту та групового коефіцієнта нічого не говорить про необхідну глибину прокладання. Кабель, прокладений точно на глибині 0,5 м і, отже, такий, що відповідає вимозі механічного захисту, все ж може бути тепловий перевантажений, якщо ґрунт виявиться сухішим, з вищим опором, ніж передбачалося під час розрахунку, або якщо в тій самій траншеї прокладено більше паралельних кіл, ніж було враховано.

Практична значущість

Під час проєктування траси з кількома підземними колами, або за скарги на підземний кабель, що нагрівається сильніше очікуваного без порушення вимоги щодо глибини прокладання, перевірка фактичного опору та температури ґрунту — і застосованого групового коефіцієнта для фактичної конфігурації паралельних кіл — є прямим наступним кроком, незалежно від механічного захисту самого кабелю.

Часті помилки

1. Припущення, що вимога щодо глибини прокладання (§522.8) також говорить щось про допустимий струм — це дві незалежні вимоги з різними цілями.
2. Бездумне застосування референтного опору ґрунту 2,5 К·м/Вт для сухого піщаного ґрунту, тоді як цей тип ґрунту може мати значно вищий (гірший) опір, що призводить до нижчого допустимого струму.
3. Відсутність застосування групового коефіцієнта для кількох паралельних підземних кіл в одній траншеї чи одному пакеті труб, тоді як таблиці B.52.18/B.52.19 складені саме для цього.
4. Використання таблиць температури навколишнього повітря (B.52.14) для підземного кабелю, тоді як для методу D1/D2 застосовується таблиця температури ґрунту (B.52.15) — інша референтна температура з іншим поправковим коефіцієнтом.

Пов'язане

• Підземні кабелі — глибина прокладання та механічний захист (§522.8)
• Груповий коефіцієнт Cg — кабелі, зв'язані в пучок
• Референтні методи — визначення способу монтажу